IPA 8 : TEKANAN ZAT CAIR

Assalamualaikum wrwb

Selamat pagi anak-anak......

Selamat bertemu kembali dengan pelajaran IPA.

Pada pertemuan yg pertama kalian sudah mempelajari Tekanan Zat Padat.

Selanjutnya untuk pertemuan yang kedua ini akan kita pelajari TEKANAN ZAT CAIR.

Sebagai anak Purbalingga, kalian sudah tidak asing lagi dengan kegiatan berenang.

Berenang merupakan kegiatan yang menyenangkan. Ketika kamu mencoba untuk menyelam ke dasar kolam.

Semakin dalam kamu menyelam, maka kamu akan merasakan tekanan yang semakin besar. Tekanan yang dihasilkan oleh zat cair tersebut dinamakan tekanan hidrostatis.

Semakin dalam posisi zat yang diam, maka semakin besar tekanannya. Hal ini menunjukkan bahwa tekanan hidrsotatis sebanding dengan kedalaman.

Jenis zat cair juga dapat mempengaruhi tekanan hidrostatis. Semakin besar massa jenis zat cair, maka semakin besar pula tekanan yang dihasilkan pada kedalaman tertentu.

Tekanan hidrostatis disebabkan oleh berat zat cair, sehingga :

P = w/A

karena

w = m x g

m = ρ x V

V = h x A

maka :

P = (ρ x g x h x A) / A

atau

P = ρ x g x h

dengan :

• P = tekanan (N/m2)

• m = massa benda (kg)

• ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

• g = percepatan gravitasi (m/s2)

• h = tinggi zat cair (m)

• V = volume zat cair (m3)

Di dalam dunia teknik bendungan, para arsitek membuat suatu bendungan dengan memperhitungkan tekanan hidrostatis. Hal ini ditunjukkan dengan semakin menebalnya dinding bendungan ke dasar permukaan air.

Selain itu, para arsitek kapal juga memperhitungkan tekanan hidrostatis air laut dalam membuat kapal selam, sehingga kapal selam mampu menyelam ke dasar laut dengan kedalaman hingga ratusan meter tanpa bocor atau rusak.

Manusia ternyata hanya mampu menyelam hingga kedalaman sekitar 20 m. Hal tersebut dikarenakan paru-paru manusia tidak dapat menahan tekanan yang besar (> 240.000 Pa).

1. Hukum Archimedes

Apabila kamu berdiri di dalam kolam renang yang sedang diisi air, semakin penuh air kolam tersebut, kamu akan merasakan seolah-olah badan kamu semakin ringan.

Bahkan apabila air kolam sudah sampai kepala, maka kamu akan dapat terapung. Prinsip tersebut juga biasa digunakan agar kapal laut terapung di permukaan air.

Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa tersebut tentu bukan karena ada massa benda yang hllang, akan tetapi disebabkan oleh suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda.

Seorang ahli fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya ke dalam bak mandi.

Ternyata Archimedes merasakan beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut dengan gaya apung (Fa). Gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air.

Fa = wu – wa

dengan :

• Fa = gaya apung (N)

• wu = gaya berat benda di udara (N)

• wa = gaya berat benda di air (N)

Besarnya gaya apung tergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda. Semakin besar air yang didesak, maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuan ini dikenal dengan Hukum Arcihemedes, yang menyatakan :

“jika suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, maka benda akan mendapatkan gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang desak oleh benda tersebut.”

Secara matematis ditulis :

Fa = wf

Karena

wf = mf x g

dan

mf = ρf x V

maka

wf = ρf x V x g

dengan :

• Fa = gaya apung (N)

• ρf = massa jenis za cair (kg/m3)

• V = volume air yang didesak atau volume benda yang tercelup (m3)

• g = percepatan gravitasi (m/s2)

Benda di dalam zat cair dapat berada pada tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam.

• Benda mengapung, jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair (ρb < ρa)

• Benda melayang, jika massa jenis benda sama besar dengan massa jenis zat cair (ρb = ρa)

• Benda tenggelam, jika massa jenis benda lebih besar daripada mass jenis zat cair (ρb > ρa)

Beberapa teknologi yang memanfaatkan prinsip hukum Archimedes adalah sebagai berikut.

a. Kapal selam

Kapal selam adalah kapal yang dapat bergerak dalam tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam.

Pada badan kapal selam, terdapat bagian yang dapat diisi udara dan air. Ketika kapal selam ingin terapung, maka bagian tersebut harus diisi udara.

Ketika akan melayang, udaranya akan dikeluarkan dan disi air, sehingga mencapai keadaan melayang. Jika ingin tenggelam, maka airnya harus lebih diperbanyak lagi.

b. Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Cara menggunakan hidrometer adalah dengan mencelupkannya pada zat cair yang akan diukur massa jenisnya.

Setelah itu dilihat skala permukaan zat cair. Nilai yang tampak merupakan skala massa jenis dari zat cair tersebut.

c. Jembatan ponton

Di pelabuhan, kita dapat melihat jembatan yang terbuat dari drum-drum besar yang mengapung di atas air. Jembatan itu dinamakan jembatan ponton.

Drum-drum tersebut biasanya terbuat dari besi dan didalamnya diisi dengan udara sehingga massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis zat cair.

d. Balon udara

Balon udara adalah penerapan prinsip Archimedes di udara. Balon udara harus diisi dengan gas yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis udara di atmosfer sehingga dapat terbang karena mendapatkan gaya ke atas.

2. Hukum Pascal

Pernahkah kamu melihat mobil yang dicuci di tempat pencucian kendaraan? Mobil yang akan dicuci tersebut diangkat dengan menggunakan alat pengangkat yang dinamakan pompa hidrolik. Pompa hidrolik adalah salah satu alat yang bekerjanya menggunakan prinsip hukum Pascal.

Hukum Pascal menyatakan bahwa :

“Tekanan yang diberikan pada zat cair di ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata.”

Mengapa gaya yang lebih kecil dapat mengangkat gaya berat beban yang lebih besar? Pada pompa hidrolik, terdapat dua luas penampang yang berbeda, yaitu luas penampang kecil (A1) dan luas penampang besar (A).

Jika penampang dengan luas A1 diberi gaya dorong F1, maka akan dihasilkan tekanan P1.

Menurut hukum Pascal, tekanan P1 tersebut diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke luas penampang A2. Dengan demikian, pada penampang A akan muncul gaya angkat F2 dengan tekanan P2.

Secara matematis akan diperoleh persamaan pada dongkrak hidrolik sebagai berikut.

dengan :

P1 dan P2 = tekanan (N/m2)

F1 dan F2 = gaya yang diberikan (Newton)

A1 dan A2 = luas penampang (m2)

Contoh soal :

Sebuah alat pengangkat mobil menggunakan luas penampang pengisap kecil 10 cm2 dan pengisap besar 50 cm2.

Berapakah gaya yang harus diberikan agar dapat mengangkat sebuah mobil dengan berat 20.000 N?

Pembahasan :

Diket : A1 = 10 cm2, A2 = 50 cm2, F2 = 20.000 N

Dit : F1 = … ?

Jawab :

F1 = (F2/A2) x A1

= 4.000 N

Jadi dapat disimpulkan bahwa dengan gaya 4.000 N dapat mengangkat sebuah mobil 20.000 N menggunakan konstruksi mesin pengangkat mobil tersebut.

Beberapa peralatan lainnya yang menerapkan hukum Pascal, antara lain rem hidrolik pada kendaraan bermotor, kempa hidrolik, dan alat berat untuk mengeruk tanah dan pasir.

Anak-anak, kalian sudah mempelajari Tekanan Zat Cair. Semoga bisa kalian pahami dengan baik.

Untuk lebih memahami, kalian baca juga materinya di buku paket yaa....

Jika ada yang belum dipahami, silahkan kalian tanyakan pada Bpk/Ibu guru kalian.

Selamat belajar......

Wassalamualaikum wrwb.